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2023-06-23
位相全息图的作用及优点
【摘要】：前面几种平面全息图的振幅透射系数T都是非负的实函数，也就是说全息图只能对照明光波进行振幅调制，而不改变照明光波的位相分布，这种全息图称为振幅全息图或吸收全息图。另一类全息图的振幅透射系数为复函数，可以表示为这种全息图对照明光波既有振幅调制，又有位相调制，是一种混合型全息图。下面以一维分布的物光波和参考光波为例，讨论位相全息图的记录和再现原理。
前面几种平面全息图的振幅透射系数T(x, y)都是非负的实函数，也就是说全息图只能对照明光波进行振幅调制，而不改变照明光波的位相分布，这种全息图称为振幅全息图或吸收全息图。这种全息图由于存在对照明光波的吸收和多级衍射，因此再现像的衍射效率很低。
另一类全息图的振幅透射系数为复函数，可以表示为
这种全息图对照明光波既有振幅调制，又有位相调制，是一种混合型全息图。如果采用特殊的记录材料和工艺，使全息图的振幅透射系数的模
成为常数t0，这种全息图就称为位相全息图，其振幅透射系数一般表示为
制作位相全息图主要有两条途径，其一是对振幅全息图进行漂白处理，例如对银盐振幅全息图进行鞣化处理，可以除去乳胶中还原的金属银颗粒，并使银颗粒周围的明胶膨胀，形成乳胶厚度随曝光量变化的浮雕型位相全息图；又例如用铁氰化钾之类的强氧化剂对银盐振幅全息图进行漂白，使乳胶中的金属银转变为透明的银盐，形成折射率型位相全息图。其二是利用特殊的位相型记录材料，例如光致抗蚀剂、光聚合物、光导热塑料等，也能形成浮雕型或者折射率型的位相全息图。下面以一维分布的物光波和参考光波为例，讨论位相全息图的记录和再现原理。
设物光波 O(x)=O0exp [jφo(x)]，参考光波R(x)=R0exp [jφr(x)]。按照全息术基本公式（4-3），对底片曝光的光强分布为
如果所用记录材料和处理工艺能保证将曝光的光强分布I(x)线性地转变为全息图的位相分布Φ(x)，设Φ(x)=βI(x)，β是与记录材料调制幅度有关的比例系数，于是位相全息图的复振幅透射系数可表示为(www.chuimin.cn)
式中，
为复常数，
。应用贝塞尔函数的级数性质公式（1-73），上式可改写为
上式表明，当用照明光波B(x)再现时，位相全息图的衍射波是由贝塞尔函数级数组成的，第m级衍射的振幅正比于Jm(2βR0O0)，位相正比于m[φo(x)-φr(x)]。可见，只有m=±1级衍射波对再现像有意义，并且只要选择合适的曝光量和调制系数β，就可以抑制大多数衍射级，而使大部分能量闪耀到有用的±1级上。例如，当用原参考光波照明再现时，±1级衍射波可以表示为
上式最后一步应用了J-1(a)=-J1(a)的性质。按照贝塞尔函数的级数表达式（1-62）
当a值不大时，
，于是
可见，由u1(x)再现了原始物体像，u1(x)再现了原始物体的共轭像。
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